KR101126051B1 - Multi-linearity mode lna having a deboost current path - Google Patents

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Abstract

변형된 미분 중첩 (MDS) 저잡음 증폭기 (LNA) 는 메인 전류 경로 및 소거 전류 경로를 포함한다. 소거 경로내의 3차 왜곡은, 메인 경로내의 3차 왜곡을 소거시키는데 사용된다. 신규한 일 양태에서, 2개의 전류 경로들 각각에 대해 별개의 소스 디제너레이션 인덕터가 존재하며, 그에 의해, 일 전류 경로에 영향을 주지 않으면서 다른 전류 경로의 튜닝을 용이하게 한다. 신규한 제 2 양태에서, LNA 로드를 통해 전달되지 않는 디부스트 전류 경로가 제공된다. 디부스트 전류는 네거티브 피드백이 헤드룸 문제를 발생시키지 않으면서 증가되게 한다. 신규한 제 3 양태에서, 소거 전류 경로 및/또는 디부스트 전류 경로는, 높은 선형도를 요구하지 않는 동작 모드들에서 전력 소비를 감소시키고 잡음 지수를 개선시키도록 프로그래밍가능하게 디스에이블된다.The modified differential overlap (MDS) low noise amplifier (LNA) includes a main current path and an erase current path. Third order distortion in the erase path is used to cancel the third order distortion in the main path. In one novel aspect, there is a separate source degeneration inductor for each of the two current paths, thereby facilitating tuning of the other current paths without affecting one current path. In a second novel aspect, there is provided a deboost current path that is not delivered through an LNA load. The boost current causes negative feedback to increase without causing headroom problems. In a novel third aspect, the erase current path and / or the boost current path are programmatically disabled to reduce power consumption and improve noise figure in operating modes that do not require high linearity.

Description

디부스트 전류 경로를 갖는 멀티-선형 모드 LNA{MULTI-LINEARITY MODE LNA HAVING A DEBOOST CURRENT PATH}MULTI-LINEARITY MODE LNA HAVING A DEBOOST CURRENT PATH}

개시된 실시형태들은 일반적으로 무선 통신 디바이스에 관한 것으로, 더 상세하게는, 저잡음 증폭기에 관한 것이다.The disclosed embodiments generally relate to wireless communication devices and, more particularly, to low noise amplifiers.

일반적으로, 코드 분할 다중 액세스 (CDMA) 셀룰러 전화 수신기들과 같은 무선 수신기들은 저잡음 증폭기 (LNA) 로 지칭되는 증폭기들을 포함한다. CDMA 셀룰러 전화기 애플리케이션은, LNA가 매우 높은 3차 입력 인터셉트 포인트 (IIP3) 뿐만 아니라 저잡음 팩터 (NF), 높은 이득 및 낮은 전류 소비를 갖는 것을 요구한다. 이들 성능 특성들을 달성하기 위해 사용되는 수 개의 선형화 기술들이 존재한다.Generally, wireless receivers, such as code division multiple access (CDMA) cellular telephone receivers, include amplifiers called low noise amplifiers (LNAs). CDMA cellular telephone applications require the LNA to have a very high third order input intercept point (IIP 3 ) as well as a low noise factor (NF), high gain and low current consumption. There are several linearization techniques used to achieve these performance characteristics.

일반적인 일 기술은 네거티브 피드백이 사용을 포함한다. 종래의 소스-디제너레이션된 (source-degenerated) LNA에서, 소스 디제너레이션 인덕터는 피드백 회로로서 사용된다. 일반적으로, 소스 디제너레이션 인덕턴스 및/또는 LNA 바이어스 전류를 증가시킴으로써 더 높은 선형도가 달성될 수도 있다. 그러나, 소스-디제너레이션 LNA들은, 2차 비-선형 피드백 효과로 인해 불량한 선형도로부터 피해를 여전히 받는다. 또한, 더 높은 소스 디제너레이션 인덕턴스를 갖는 LNA들은 더 낮은 이득 및 더 높은 잡음 팩터를 나타내며, 바이어스 전류의 증가는 더 높은 전력 소비를 초래한다. 바이어스 전류가 너무 크게 증가되면, 헤드룸 (headroom) 문제에 직면하게 된다.One common technique involves using negative feedback. In a conventional source-degenerated LNA, the source degeneration inductor is used as a feedback circuit. In general, higher linearity may be achieved by increasing source degeneration inductance and / or LNA bias current. However, source-degeneration LNAs still suffer from poor linearity due to the second order non-linear feedback effect. In addition, LNAs with higher source degeneration inductance exhibit lower gain and higher noise factor, and increasing bias current results in higher power consumption. If the bias current is increased too much, you will face headroom problems.

제 2 기술은 미분 중첩 (derivative superposition; DS) 기술이다. DS 기술은, 높은 선형도 및 향상된 IIP3 성능을 달성하기 위해 상이한 게이트 폭들 및 게이트 바이어스들의 2개 이상의 병렬 FET들을 사용한다. 그러나, 종래의 DS 방법은, 3차 상호변조 왜곡 (IMD3) 에 대한 2차 비선형 기여도로 인해 높은 주파수에서 IIP3 성능을 현저하게 증가시키지 않는다.The second technique is a derivative superposition (DS) technique. DS technology uses two or more parallel FETs of different gate widths and gate biases to achieve high linearity and improved IIP3 performance. However, the conventional DS method does not significantly increase IIP3 performance at high frequencies due to the second order nonlinear contribution to third order intermodulation distortion (IMD 3 ).

변형된 DS (MDS) 기술은 2차 비선형 기여도를 해결한다. 변형된 DS 기술에서, IMD3에 대한 3차 비선형 기여도의 크기 및 위상은 IMD3에 대한 2차 비선형 기여도를 소거시키도록 튜닝되며, 그에 의해 매우 낮은 IMD3 를 갖는 출력 전류를 생성한다.Modified DS (MDS) technology solves the second order nonlinear contribution. In a modified DS technique, the magnitude and phase of the third order nonlinear contribution to IMD3 is tuned to cancel the second order nonlinear contribution to IMD3, thereby producing an output current with very low IMD3.

도 1 (종래기술) 은 MDS 기술을 이용하는 LNA (100) 의 회로도이다. 도 1의 MDS 회로에서, 2개의 FET들 (104A 및 104B) 이 사용된다. FET (104A) 는 그의 서브-임계 영역 (약한 인버전 (inversion)) 에 바이어싱되고, FET (104B) 는 그의 포화 영역 (강한 인버전) 에 바이어싱된다. FET이 동작이 약한 인버전으로부터 강한 인버전으로 변화함에 따라 FET의 IMD3 에 대한 3차 비선형 기여도 컴포넌트 (g3) 가 포지티브로부터 네거티브로 변한다는 것이 당업계에 공지되어 있다. 이것은, 2개의 FET들 (104A 및 104B) 이 동일한 크기를 갖는 g3의 포지티브 및 네거티브 피크에서 바이어싱될 경우, 2개의 FET들 (104A 및 104B) 에 의한 출력 전류들이 합산되고 그 결과가 거의 제로인 IMD3를 갖는 출력 전류라는 것을 의미한다. 또한, MDS 기술은 IMD3에 대한 2차 비선형 기여도 컴포넌트 (g2) 를 고려한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 탭핑된 인덕터 (102) 는, g3의 크기 및 위상이 g2를 소거시키도록 튜닝하기 위해 사용된다. 변형된 미분 중첩 (Modified Derivative Superposition; MDS) 기술을 이용하는 LNA의 동작에 대한 더 상세한 설명을 위해, 2005년 8월 11일자로 공개된 미국 특허 공개 공보 제 2005/0176399호를 참조한다.1 (Prior Art) is a circuit diagram of an LNA 100 using MDS technology. In the MDS circuit of FIG. 1, two FETs 104A and 104B are used. FET 104A is biased in its sub-critical region (weak inversion) and FET 104B is biased in its saturation region (strong inversion). It is known in the art that as the FET changes from weak inversion to strong inversion, the third order nonlinear contribution component (g 3 ) of the FET to IMD3 changes from positive to negative. This means that when two FETs 104A and 104B are biased at a positive and negative peak of g 3 having the same magnitude, the output currents by the two FETs 104A and 104B are summed and the result is almost zero. It means output current with IMD3. In addition, the MDS technique considers a second order nonlinear contribution component (g 2 ) for IMD3. The tapping of the inductor 102, as shown in Fig. 1, 3 g of the magnitude and phase is used to tune to erase a 2 g. For a more detailed description of the operation of LNAs using Modified Derivative Superposition (MDS) technology, see US Patent Publication No. 2005/0176399, published August 11, 2005.

도 2 (종래기술) 는 MDS 기술의 변형을 이용하는 LNA (120) 의 회로도이다. 도 2의 MDS 회로에서, 2개의 FET들 (122 및 124) 및 2개의 인덕터들 (126 및 128) 이 사용된다. 도 1에 도시된 바와 같은 위상 소거의 동일한 일반적인 MDS 기술이 높은 선형도를 달성하기 위해 도 2의 LNA (120) 에서 사용된다. 그러나, 보조 트랜지스터 (124) 의 게이트를 메인 트랜지스터 (122) 의 소스에 접속시킴으로써, 도 2의 LNA (120) 는 NF를 추가적으로 개선시킨다. 또한, 보조 트랜지스터 (124) 의 게이트를 메인 트랜지스터 (122) 의 소스에 접속시키는 것은, 입력 매치 및 선형도에 대한 튜닝이 독립적으로 수행되게 한다. MDS 기술의 이러한 변형에 관한 추가적인 정보를 위해, 2006년 5월자 Sivakumar Ganesan 에 의한 "Highly Linear Low Noise Amplifier", Texas A&M Master of Science Thesis, pages 1~73 을 참조한다.2 (Prior Art) is a circuit diagram of an LNA 120 utilizing a variation of the MDS technique. In the MDS circuit of FIG. 2, two FETs 122 and 124 and two inductors 126 and 128 are used. The same general MDS technique of phase cancellation as shown in FIG. 1 is used in LNA 120 of FIG. 2 to achieve high linearity. However, by connecting the gate of auxiliary transistor 124 to the source of main transistor 122, LNA 120 of FIG. 2 further improves NF. In addition, connecting the gate of the auxiliary transistor 124 to the source of the main transistor 122 allows tuning for input match and linearity to be performed independently. For further information on this variant of MDS technology, see May 2006, "Highly Linear Low Noise Amplifier" by Sivakumar Ganesan, Texas A & M Master of Science Thesis, pages 1-73.

강한 잼머 톤들이 존재할 경우, CDMA 셀룰러 전화기내의 LNA는 높은 선형도 및 낮은 왜곡을 가져야 한다. 일반적으로, 그러한 높은 선형도 성능은 LNA의 증가된 바이어스 전류와 함께 MDS 기술을 사용하여 달성된다. 그러나, 바이어스 전류가 증가될 수 있는 정도는 제한된다. 한편, 잼머 톤들이 존재하지 않을 경우, LNA는 CDMA 셀룰러 전화기의 배터리 수명을 연장시키기 위해 더 낮은 선형도 및 더 낮은 전력 소비를 가질 수 있다.If there are strong jammer tones, the LNA in the CDMA cellular telephone should have high linearity and low distortion. In general, such high linearity performance is achieved using MDS technology with the increased bias current of the LNA. However, the degree to which the bias current can be increased is limited. On the other hand, when no jammer tones are present, the LNA may have lower linearity and lower power consumption to extend the battery life of the CDMA cellular telephone.

변형된 미분 중첩 (MDS) 저잡음 증폭기 (LNA) 는 메인 전류 경로 및 소거 전류 경로를 포함한다. 메인 전류 경로에서, 메인 전류 IMAIN 는, 로드, 메인 전계 효과 트랜지스터 (FET), 및 제 1 소스 디제너레이션 인덕터를 통해 흐른다. 소거 전류 경로에서, 소거 전류 ICANCEL 는, 로드, 소거 FET, 및 제 2 소스 디제너레이션 인덕터를 통해 흐른다. LNA 전류는 IMAIN 과 ICANCEL 의 합산이다. ICANCEL 에서의 3차 왜곡은 IMAIN 에서의 3차 왜곡을 소거시키기 위해 사용되며, 따라서, 출력 전류에서 0의 3차 상호변조 왜곡 (IMD3) 을 초래한다. 신규한 일 양태에서, 메인 전류 경로내의 제 1 소스 디제너레이션 인덕터는 소거 전류 경로내의 제 2 소스 디제너레이션 인덕터와는 별개의 인덕터이며, 그에 의해, 일 전류 경로에 영향을 주지 않으면서 다른 전류 경로의 튜닝을 용이하게 한다. 그 결과, 메인 전류 및 소거 전류가 2개의 별개의 소스 디제너레이션 인덕터들의 사용을 통해 디커플링되기 때문에, LNA는 더 적은 반복으로 최적화될 수 있다.The modified differential overlap (MDS) low noise amplifier (LNA) includes a main current path and an erase current path. In the main current path, main current I MAIN flows through the load, the main field effect transistor (FET), and the first source degeneration inductor. In the erase current path, erase current I CANCEL flows through the load, erase FET, and second source degeneration inductor. LNA current is the sum of I MAIN and I CANCEL . Third order distortion at I CANCEL is used to cancel the third order distortion at I MAIN , thus resulting in zero third order intermodulation distortion (IMD3) at the output current. In one novel aspect, the first source degeneration inductor in the main current path is a separate inductor from the second source degeneration inductor in the erase current path, whereby a different current path can be applied without affecting one current path. Make tuning easy. As a result, since the main current and the erase current are decoupled through the use of two separate source degeneration inductors, the LNA can be optimized with fewer iterations.

신규한 제 2 양태에서, 디부스트 (deboost) 전류 경로가 제공된다. 디부스트 전류 경로에서, 디부스트 전류 IDEBOOST 는, 디부스트 트랜지스터 및 제 1 소스 디제너레이션 인덕터를 통해 흐른다. 디부스트 전류는 LNA 로드를 통해 흐르지 않는다. 디부스트 전류는 더 네거티브한 피드백이, 메인 FET의 전압 헤드룸을 감소시키지 않으면서 제 1 소스 디제너레이션 인덕터에 의해 제공되게 한다. 따라서, LNA의 더 높은 선형도 성능이 달성될 수 있다. 일 예에서, 디부스트 전류 IDEBOOST 는, 디부스트 트랜지스터의 사이즈를 변경시킴으로써 LNA의 설계 동안 변경될 수 있다. 따라서, 메인 전류 경로와 관련된 네거티브 피드백은 디부스트 전류를 조정함으로써 또한 조정될 수 있다. 네거티브 피드백 팩터의 조정가능성은 최적의 전류 소거를 위한 여분의 튜닝 능력을 제공한다. 그 결과, LNA는 더 적은 설계 반복으로 최적화될 수 있다.In a second novel aspect, a deboost current path is provided. In the boost current path, the boost current I DEBOOST flows through the boost transistor and the first source degeneration inductor. The boost current does not flow through the LNA load. The boost current causes more negative feedback to be provided by the first source degeneration inductor without reducing the voltage headroom of the main FET. Thus, higher linearity performance of the LNA can be achieved. In one example, the boost current I DEBOOST can be changed during the design of the LNA by changing the size of the boost transistor. Thus, the negative feedback associated with the main current path can also be adjusted by adjusting the boost current. Adjustable negative feedback factor provides extra tuning capability for optimum current cancellation. As a result, LNA can be optimized with fewer design iterations.

신규한 제 3 양태에서, 2개의 상이한 동작 모드들, 즉, 고선형 모드 및 저선형 모드에서 동작하도록 LNA가 프로그래밍가능하다. 수신 잼머가 존재하거나 송신 누설이 존재할 경우, LNA는 고선형 모드에서 동작한다. 고선형 모드에서, 디부스트 전류 경로 및 소거 전류 경로 양자는 높은 선형도 성능을 달성하기 위해 인에이블된다. 한편, 수신 잼머가 존재하지 않거나 송신 누설이 존재하지 않을 경우, LNA는 저선형 모드에서 동작한다. 저선형 모드에서, 디부스트 전류 경로는 전력 소비를 감소시키도록 프로그래밍가능하게 디스에이블된다. 일 예에서, 소거 전류 경로는 LNA의 잡음 지수 (NF) 를 개선시키기 위해 또한 디스에이블된다.In a novel third aspect, the LNA is programmable to operate in two different modes of operation, namely, high linear mode and low linear mode. If there is a receive jammer or a transmit leak, the LNA operates in high linear mode. In the high linear mode, both the boost current path and the erase current path are enabled to achieve high linearity performance. On the other hand, when there is no reception jammer or no transmission leakage, the LNA operates in low linear mode. In the low linear mode, the boost current path is programmatically disabled to reduce power consumption. In one example, the erase current path is also disabled to improve the noise figure (NF) of the LNA.

전술한 것은 요약이고, 그에 따라, 세부사항의 간략화, 일반화 및 생략을 필요에 따라 포함하며, 따라서, 그 요약이 단지 예시일 뿐이고 임의의 방식으로 제한하려는 의미가 아니라는 것을 인식할 것이다. 청구항에 의해서만 정의되는 바와 같이, 여기에 설명된 디바이스들 및/또는 프로세스들의 다른 양태들, 독창적인 특성들, 및 이점들은 여기에 개시된 비-제한적인 상세한 설명에서 명백해질 것이다.It is to be appreciated that the foregoing is a summary and therefore includes, as necessary, simplifications, generalizations, and omissions of the details, and that the summaries are illustrative only and are not meant to be limiting in any way. As defined only by the claims, other aspects, inventive features, and advantages of the devices and / or processes described herein will become apparent in the non-limiting detailed description disclosed herein.

도 1 (종래기술) 은 변형된 미분 중첩 (MDS) 기술을 사용하는 LNA (100) 의 회로도이다.
도 2 (종래기술) 는 MDS 기술의 변형을 이용하는 LNA (120) 의 회로도이다.
도 3은 신규한 일 양태에 따른 이동 통신 디바이스 (200) 의 특정한 일 타입의 매우 간략화된 고레벨 블록도이다.
도 4는 도 3의 RF 트랜시버 집적 회로 (204) 의 더 상세한 블록도이다.
도 5는 2개의 별개의 소스 디제너레이션 인덕터들을 갖는 도 4의 저잡음 증폭기 (LNA) (222) 의 회로도이다.
도 6은 2개의 인접한 채널 수신-잼머들에 의해 모델링된 3차 상호변조 왜곡 (IMD3) 을 도시한 그래프이다.
도 7은 CDMA 시스템에서 2개의 송신-누설들 및 수신-잼머에 의해 모델링된 트리플 비트 왜곡을 도시한 그래프이다.
도 8은 3차 비선형 전달 효과를 도시한 그래프이다.
도 9는, 미분 중첩 (DS) 기술에서 3차 비선형 전달 계수들의 소거를 도시한 그래프이다.
도 10은 도 5의 2개의 별개의 소스 디제너레이션 인덕터들의 간략화된 레이아웃이다.
도 11은, 2개의 별개의 소스 디제너레이션 인덕터들 (412 및 414) 을 갖고, 또한, 디부스트 트랜지스터 (406) 를 갖는 저잡음 증폭기 (LNA) (400) 의 회로도이다.
도 12는, (LNA (400) 가 그의 고선형 모드에서 동작하고 있는 경우) 도 11의 소거 트랜지스터 (404) 의 바이어스 전류에 대한 LNA (400) 의 선형도 성능을 나타낸 그래프이다.
도 13은 LNA가 고선형 모드 및 저선형 모드에서 동작하고 있는 경우 LNA 성능 특성을 나타내는 테이블이다.
1 (Prior Art) is a circuit diagram of an LNA 100 using a modified differential overlap (MDS) technique.
2 (Prior Art) is a circuit diagram of an LNA 120 utilizing a variation of the MDS technique.
3 is a very simplified high level block diagram of a particular type of mobile communication device 200 in accordance with one novel aspect.
4 is a more detailed block diagram of the RF transceiver integrated circuit 204 of FIG. 3.
5 is a circuit diagram of the low noise amplifier (LNA) 222 of FIG. 4 with two separate source degeneration inductors.
FIG. 6 is a graph showing third-order intermodulation distortion (IMD3) modeled by two adjacent channel receive-jammers.
7 is a graph illustrating triple bit distortion modeled by two transmit-leaks and a receive-jammer in a CDMA system.
8 is a graph illustrating the third order nonlinear delivery effect.
FIG. 9 is a graph illustrating cancellation of third order nonlinear transfer coefficients in a differential superposition (DS) technique.
FIG. 10 is a simplified layout of two separate source degeneration inductors of FIG. 5.
FIG. 11 is a circuit diagram of a low noise amplifier (LNA) 400 having two separate source degeneration inductors 412 and 414 and also having a boost transistor 406.
FIG. 12 is a graph showing the linearity performance of the LNA 400 with respect to the bias current of the erase transistor 404 of FIG. 11 (when the LNA 400 is operating in its high linear mode).
FIG. 13 is a table showing LNA performance characteristics when the LNA is operating in the high linear mode and the low linear mode.

도 3은, 신규한 일 양태에 따른 이동 통신 디바이스 (200) 의 특정한 일 타입의 매우 간략화된 고레벨 블록도이다. 이러한 예에서, 이동 통신 디바이스 (200) 는 CDMA2000 셀룰러 전화기 통신 프로토콜을 사용하는 셀룰러 전화기이다. 셀룰러 전화기는 (도시되지 않은 수 개의 다른 부분들 중에서) 안테나 (202) 및 2개의 집적 회로들 (204 및 206) 을 포함한다. 집적 회로 (206) 는, "디지털 기저대역 집적 회로" 또는 "기저대역 프로세서 집적 회로" 로 지칭된다. 집적 회로 (204) 는 RF 트랜시버 집적 회로이다. RF 트랜시버 집적 회로 (204) 는, 그것이 송신기뿐만 아니라 수신기를 포함하기 때문에 "트랜시버" 로 지칭된다.3 is a very simplified high level block diagram of a particular type of mobile communication device 200 in accordance with one novel aspect. In this example, the mobile communication device 200 is a cellular telephone using the CDMA2000 cellular telephone communications protocol. The cellular telephone includes an antenna 202 (among several other parts not shown) and two integrated circuits 204 and 206. Integrated circuit 206 is referred to as a "digital baseband integrated circuit" or "baseband processor integrated circuit". Integrated circuit 204 is an RF transceiver integrated circuit. The RF transceiver integrated circuit 204 is referred to as a "transceiver" because it includes a receiver as well as a transmitter.

도 4는, 도 3의 RF 트랜시버 집적 회로 (204) 의 더 상세한 블록도이다. 수신기는, "수신 체인" (212) 으로 지칭되는 것 뿐만 아니라 로컬 오실레이터 (LO) (214) 를 포함한다. 셀룰러 전화기 (200) 가 수신 중일 경우, 고주파수 RF 신호 (211) 가 안테나 (202) 를 통해 수신된다. 신호 (211) 로부터의 정보는 듀플렉서 (213), 매칭 네트워크 (220), 및 수신 체인 (212) 을 통해 전달된다. RF 신호 (211) 는 저잡음 증폭기 (LNA) (222) 에 의해 증폭되며, 믹서 (224) 에 의해 주파수에서 하향-변환된다. 결과적인 하향-변환된 신호는 기저대역 필터 (226) 에 의해 필터링되고, 디지털 기저대역 집적 회로 (206) 에 전달된다. 디지털 기저대역 집적 회로 (206) 내의 아날로그-디지털 변환기 (208) 는 신호를 디지털 형태로 변환하며, 결과적인 디지털 정보는 디지털 기저대역 집적 회로 (206) 내의 디지털 회로에 의해 프로세싱된다.4 is a more detailed block diagram of the RF transceiver integrated circuit 204 of FIG. 3. The receiver includes a local oscillator (LO) 214 as well as what is referred to as a "receive chain" 212. When the cellular telephone 200 is receiving, a high frequency RF signal 211 is received via the antenna 202. Information from signal 211 is communicated through duplexer 213, matching network 220, and receive chain 212. The RF signal 211 is amplified by a low noise amplifier (LNA) 222 and down-converted in frequency by the mixer 224. The resulting down-converted signal is filtered by baseband filter 226 and passed to digital baseband integrated circuit 206. The analog-to-digital converter 208 in the digital baseband integrated circuit 206 converts the signal into digital form, and the resulting digital information is processed by the digital circuit in the digital baseband integrated circuit 206.

셀룰러 전화기 (200) 가 송신 중이면, 송신될 정보는 디지털 기저대역 집적 회로 (206) 내의 디지털-아날로그 변환기 (210) 에 의해 아날로그 형태로 변환되며, "송신 체인" (216) 에 공급된다. 기저대역 필터 (236) 는, 디지털-아날로그 변환 프로세스로 인한 잡음을 필터링한다. 그 후, 로컬 오실레이터 (LO) (218) 의 제어 하의 믹서 블록 (234) 은, 신호를 고주파수 신호로 상향-변환한다. 드라이버 증폭기 (232) 및 외부 전력 증폭기 (230) 는 고주파수 신호를 증폭하며, 고주파수 RF 신호 (231) 가 안테나 (202) 로부터 송신되도록 안테나 (202) 를 구동시키기 위해 듀플렉서 (213) 를 통해 고주파수 신호를 전달한다.If the cellular telephone 200 is transmitting, the information to be transmitted is converted to analog form by a digital-to-analog converter 210 in the digital baseband integrated circuit 206 and supplied to the "transmission chain" 216. Baseband filter 236 filters the noise due to the digital-to-analog conversion process. Thereafter, the mixer block 234 under the control of the local oscillator (LO) 218 up-converts the signal to a high frequency signal. The driver amplifier 232 and the external power amplifier 230 amplify the high frequency signal, and transmit the high frequency signal through the duplexer 213 to drive the antenna 202 such that the high frequency RF signal 231 is transmitted from the antenna 202. To pass.

도 5는 신규한 일 양태에 따른 도 4의 저잡음 증폭기 (LNA) (222) 의 상세한 회로도이다. LNA (222) 는, 메인 전계 효과 트랜지스터 (FET) (302), 소거 FET (304), 제 1 소스 디제너레이션 인덕터 (306), 제 2 소스 디제너레이션 인덕터 (308), 캐스코드 트랜지스터 (310), 및 LNA 로드 (312) 를 포함한다. LNA 로드 (312) 는, 병렬로 커플링된 인덕터 (314) 및 커패시터 (316) 를 포함하는 LC 탱크 회로이다. 메인 FET (302) 는, AC 커플링 커패시터 C1 을 통해 입력 노드 RFIN (330) 로부터 RF 신호를 수신한다. 소거 FET (304) 는, 부가적인 AC 커플링 커패시터 C2 를 통해 입력 노드 RFIN (330) 으로부터 RF 신호를 수신한다. 메인 FET (302) 의 소스 S1 은 제 1 소스 디제너레이션 인덕터 (306) 를 통해 접지 노드 GND (332) 에 커플링된다. 소거 FET (304) 의 소스 S2 는 제 2 소스 디제너레이션 인덕터 (308) 를 통해 접지 노드 GND (332) 에 커플링된다. 메인 FET (302) 의 드레인 D1 은 소거 FET (304) 의 드레인 D2 에 접속된다. 드레인 D1 및 드레인 D2 는 캐스코드 트랜지스터 (310) 의 소스 S3 에 접속된다. 캐스코드 트랜지스터 (310) 의 드레인 D3 은 로드 (312) 를 통해 전압 공급 노드 VDD (334) 에 커플링된다. 또한, 드레인 D3 은 출력 전압 노드 VOUT (336) 에 커플링된다. 메인 FET (302) 가 그의 (또한, 강한 인버전으로 알려진) 포화 동작 영역에 바이어싱되도록 메인 FET (302) 는 바이어스 전압 VG_MAIN 에서 바이어싱된다. 소거 FET (304) 가 그의 (또한, 약한 인버전으로 알려진) 서브-임계 동작 영역에 바이어싱되도록 소거 FET (304) 는 바이어스 전압 VG_CANCEL 에서 바이어싱된다.5 is a detailed circuit diagram of the low noise amplifier (LNA) 222 of FIG. 4 in accordance with a novel aspect. The LNA 222 includes a main field effect transistor (FET) 302, an erase FET 304, a first source degeneration inductor 306, a second source degeneration inductor 308, a cascode transistor 310, And LNA rod 312. The LNA rod 312 is an LC tank circuit that includes an inductor 314 and a capacitor 316 coupled in parallel. Main FET 302 receives an RF signal from input node RFIN 330 via AC coupling capacitor C1. The erase FET 304 receives the RF signal from the input node RFIN 330 via an additional AC coupling capacitor C2. Source S1 of main FET 302 is coupled to ground node GND 332 via first source degeneration inductor 306. Source S2 of erase FET 304 is coupled to ground node GND 332 via second source degeneration inductor 308. The drain D1 of the main FET 302 is connected to the drain D2 of the erase FET 304. The drain D1 and the drain D2 are connected to the source S3 of the cascode transistor 310. Drain D3 of cascode transistor 310 is coupled to voltage supply node VDD 334 via load 312. In addition, drain D3 is coupled to output voltage node V OUT 336. Main FET 302 is biased at bias voltage V G_MAIN such that main FET 302 is biased in its saturation operating region (also known as strong inversion ). Erase FET 304 is biased at bias voltage V G_CANCEL such that erase FET 304 is biased to its (also known as weak inversion ) sub-threshold operating region.

도 5의 실시형태에서, 메인 FET (302), 소거 FET (304), 및 2개의 별개의 소스 디제너레이션 인덕터들 (306 및 308) 은 변형된 미분 중첩 (MDS) 엘리먼트 (318) 를 형성한다. 메인 FET (302) 및 소거 FET (304) 는 상호 접속된 드레인들을 갖고, 입력 노드 RFIN (330) 으로부터 수신된 동일한 RF 신호에 의해 구동된다. 바이어스 포인트 주변의 입력 게이트-소스 전압 VGS 에 대해, 메인 FET (302) 는 드레인-소스 전류 IMAIN 을 생성하고, 소거 FET (304) 는 드레인-소스 전류 ICANCEL 를 생성한다. 전체 LNA 전류 (출력 전류 IOUT 로 나타냄) 는 IMAIN 과 ICANCEL 의 합산이며, 즉, IOUT=IMAIN+ICANCEL 이다. 캐스코드 트랜지스터 (310) 는 바이어스 전압 VB 에서 바이어싱되며, 로드 (312) 및 출력 노드 (336) 으로부터 MDS 엘리먼트 (318) 를 격리시키기 위해 전류 버퍼로서 사용된다.In the embodiment of FIG. 5, main FET 302, erase FET 304, and two separate source degeneration inductors 306 and 308 form modified differential overlap (MDS) element 318. Main FET 302 and erase FET 304 have interconnected drains and are driven by the same RF signal received from input node RFIN 330. For input gate-source voltage V GS around the bias point, main FET 302 generates drain-source current I MAIN and erase FET 304 generates drain-source current I CANCEL . The total LNA current (expressed as output current I OUT ) is the sum of I MAIN and I CANCEL , ie I OUT = I MAIN + I CANCEL . Cascode transistor 310 is biased at bias voltage V B and used as a current buffer to isolate MDS element 318 from load 312 and output node 336.

도 4의 트랜시버 집적 회로 (204) 의 수신기의 선형도는 도 5의 LNA (222) 의 성능에 의해 지배된다. LNA (222) 의 메인 FET (302) 는 비선형 디바이스이며, 왜곡으로서 또한 알려진 다양한 출력 주파수 컴포넌트들을 생성한다. 수학식에서, 포화 영역에서 바이어싱된 메인 FET (302) 는, 바이어스 포인트 주변의 작은 신호 게이트-소스 전압 VGS 의 관점에서 다음의 수학식 (1) 의 테일러-시리즈 확장에 의해 설명될 수 있는 작은 신호 드레인-소스 전류 IMAIN 을 생성하며,The linearity of the receiver of the transceiver integrated circuit 204 of FIG. 4 is governed by the performance of the LNA 222 of FIG. 5. The main FET 302 of the LNA 222 is a nonlinear device and produces various output frequency components, also known as distortion. In the equation, the main FET 302 biased in the saturation region is a small, which can be explained by the Taylor-series expansion of the following equation (1) in terms of the small signal gate-source voltage V GS around the bias point. Produces a signal drain-source current I MAIN ,

Figure 112010050160513-pct00001
Figure 112010050160513-pct00001

여기서, g1 은 FET (302) 의 작은 신호 트랜스컨덕턴스를 나타내고, g2 및 g3 는 왜곡들의 생성을 유도하는 2차 및 3차 트랜스컨덕턴스 계수들이다. 트랜스컨덕턴스 계수들 중에서, g3 는, 그것이 3차 상호변조 왜곡 (IMD3) 을 제어하고 따라서 3차 입력 인터셉트 포인트 (IIP3) 를 결정하기 때문에 특히 중요하다. IIP3 는, 비선형도를 특성화하기 위해 일반적으로 사용되는 성능 지수 (figure of merit) 이다. IIP3 의 진폭은 다음과 같은 수학식 (2) 에 따라 표현될 수 있다.Where g 1 represents the small signal transconductance of the FET 302 and g 2 and g 3 are the secondary and tertiary transconductance coefficients leading to the generation of distortions. Among the transconductance coefficients, g 3 is particularly important because it controls the third order intermodulation distortion IMD3 and thus determines the third order input intercept point IIP 3 . IIP 3 is a figure of merit commonly used to characterize nonlinearity. The amplitude of IIP 3 can be expressed according to the following equation (2).

Figure 112010050160513-pct00002
Figure 112010050160513-pct00002

상호변조 왜곡은, 입력에서 나타나는 2개의 강한 잼머 톤들에 의해 모델링될 수 있는 왜곡의 타입이다. 일 예에서, 2개의 잼머 톤들은 메인 FET (302) 에 적용된 동일한 진폭 톤들을 갖는 2개의 근접하게 이격된 주파수이며, 즉, VGS=Acosω1t+Acosω2t 이고, 여기서, ω1 및 ω2 는 2개의 근접하게 이격된 주파수를 나타낸다. 상기 잼머 톤들을 수학식 (1) 에 대입함으로써, 출력 전류 IMAIN 는, (2ω1-ω2) 및 (2ω2-ω1) 주파수 컴포넌트들을 포함하는 새로운 주파수 컴포넌트들을 포함한다. 이들 2개의 주파수 컴포넌트들은 3차 상호변조 왜곡 (IMD3) 을 나타낸다. 다음의 단락에서 더 상세히 설명될 바와 같이, IMD3 는, 그것이 트랜시버 (204) 의 패스 대역내에 존재하고 입력 신호를 손상시키기 때문에, 가장 문제있는 상호변조 왜곡이다.Intermodulation distortion is a type of distortion that can be modeled by two strong jammer tones appearing at the input. In one example, the two jammer tones are two closely spaced frequencies with the same amplitude tones applied to the main FET 302, ie, V GS = Acosω 1 t + Acosω 2 t, where ω 1 and ω 2 are Represent two closely spaced frequencies. By substituting the above-tone jammer in equation (1), the output current is IMAIN, including a new frequency component including a (2ω 12) and (2ω 21) frequency components. These two frequency components exhibit third order intermodulation distortion (IMD3). As will be explained in more detail in the following paragraphs, IMD3 is the most problematic intermodulation distortion because it is within the pass band of the transceiver 204 and corrupts the input signal.

도 6은, 2개의 인접한 채널 수신-잼머들에 의해 모델링된 3차 상호변조 왜곡 (IMD3) 을 도시한 그래프이다. 도 6의 예에서, 원하는 RF 신호 대역은 1MHz 의 대역폭을 갖는 1GHz 의 중심 주파수를 갖는다. 이것은, 0.999GHz 와 1.001GHz 사이의 주파수를 갖는 임의의 RF 신호가 트랜시버 (204) 의 패스 대역내에 존재한다는 것을 의미한다. 원하는 RF 신호 이외에, 제 1 주파수 fRX1=1.001GHz 및 제 2 주파수 fRX2=1.002GHz 를 갖는 2개의 수신 RF 신호들이 존재한다. 또한, 이들 2개의 수신 RF 신호들은 인접 채널 수신-잼머로 지칭된다. 수신-잼머들의 존재는 2개의 3차 왜곡 컴포넌트들을 초래하며, 일 IMD3 는 1.003GHz 와 동일한 (2fRX2-fRX1) 의 주파수 컴포넌트를 갖고, 또 다른 IMD3 는 정확히 1GHz 와 동일한 (2fRX1-fRX2) 의 주파수 컴포넌트를 갖는다. 도 6에 도시된 바와 같이, 1GHz IMD3 컴포넌트는 원하는 신호 대역내에 존재한다. 이러한 대역-내 IMD3 컴포넌트는, 그것이 필터링될 수 없기 때문에 입력 신호를 손상시킨다.FIG. 6 is a graph showing third-order intermodulation distortion (IMD3) modeled by two adjacent channel receive-jammers. In the example of FIG. 6, the desired RF signal band has a center frequency of 1 GHz with a bandwidth of 1 MHz. This means that any RF signal with a frequency between 0.999 GHz and 1.001 GHz is in the pass band of the transceiver 204. In addition to the desired RF signal, there are two received RF signals having a first frequency f RX1 = 1.001 GHz and a second frequency f RX2 = 1.002 GHz. These two received RF signals are also referred to as adjacent channel receive-jammers. The presence of receive-jammers results in two third-order distortion components, one IMD3 having a frequency component of (2f RX2- f RX1 ) equal to 1.003 GHz, and another IMD3 having exactly equal 1 GHz (2f RX1 -f RX2) ) Has a frequency component of As shown in FIG. 6, the 1 GHz IMD3 component is in the desired signal band. This in-band IMD3 component damages the input signal because it cannot be filtered.

도 4의 트랜시버 (204) 와 같은 CDMA2000 듀플렉스 시스템에서, 또한, LNA (222) 의 비선형 특성은 송신-누설들에 의해 초래되는 혼-변조 (cross-modulation) 왜곡을 초래한다. 도 4의 예에서, 수신기 체인 (212) 및 송신기 체인 (216) 양자는 동일한 시간에 동작하며, 듀플렉서 (213) 는 수신기 신호와 송신기 신호를 결합하기 위해 사용된다. 수신기 신호와 송신기 신호의 결합 때문에, 송신-누설이 수신기-잼머와 동시에 수신 입력에서 나타낼 수도 있다. 2개의 송신-누설들 및 수신-잼머의 상호작용은 혼-변조 왜곡을 생성한다. 일 예에서, 트리플-비트 왜곡으로서 또한 알려진 일 타입의 3차 혼-변조 왜곡은 2개의 송신-누설 신호들 및 하나의 수신-잼머에 의해 모델링된다.In a CDMA2000 duplex system, such as the transceiver 204 of FIG. 4, the nonlinear nature of the LNA 222 also results in cross-modulation distortion caused by transmit-leaks. In the example of FIG. 4, both receiver chain 212 and transmitter chain 216 operate at the same time, and duplexer 213 is used to combine the receiver signal and the transmitter signal. Because of the combination of the receiver signal and the transmitter signal, a transmit-leak may be present at the receive input simultaneously with the receiver-jammer. The interaction of the two transmit-leak and receive-jammers produces horn-modulated distortion. In one example, one type of third order horn-modulation distortion, also known as triple-bit distortion, is modeled by two transmit-leak signals and one receive-jammer.

도 7은 2개의 송신-누설 신호들 및 하나의 수신-잼머에 의해 모델링되는 트리플 비트 왜곡을 도시한 그래프이다. 도 7의 예에서, 원하는 RF 신호 대역은 1MHz 의 대역폭을 갖는 1GHz 의 중심 주파수를 갖는다. 이것은, 0.999GHz 와 1.001GHz 사이의 주파수를 갖는 임의의 RF 신호가 트랜시버 (204) 의 패스 대역내에 존재한다는 것을 의미한다. 원하는 RF 신호 이외에, 제 1 주파수 fTX1=900MHz 및 제 2 주파수 fTX2=900.4MHz 를 갖는 2개의 송신-누설 신호들이 존재한다. 또한, 1.001GHz 의 주파수를 갖는 수신-잼머가 존재한다. 송신-누설 신호들 및 수신-잼머의 존재는, 1.006GHz 와 동일한 (fRX1-(fTX2-fTX1)) 의 주파수를 갖는 3차 트리플-비트 왜곡 컴포넌트를 초래한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 1.006GHz 트리플-비트 왜곡 컴포넌트는 원하는 신호 대역내에 존재한다. 이러한 트리플-비트 왜곡 컴포넌트는, 그것이 입력 신호를 손상시키고 필터링될 수 없기 때문에 문제가 된다.7 is a graph illustrating triple bit distortion modeled by two transmit-leak signals and one receive-jammer. In the example of FIG. 7, the desired RF signal band has a center frequency of 1 GHz with a bandwidth of 1 MHz. This means that any RF signal with a frequency between 0.999 GHz and 1.001 GHz is in the pass band of the transceiver 204. In addition to the desired RF signal, there are two transmit-leak signals with a first frequency f TX1 = 900 MHz and a second frequency f TX2 = 900.4 MHz. In addition, there is a receive-jammer with a frequency of 1.001 GHz. Transmit - to the leakage signal and receive - the presence of a jammer is equal to 1.006GHz results in a bit distortion components - (f RX1 - (f TX2 TX1 -f)) having a frequency of 3 triple tea. As shown in Figure 7, the 1.006 GHz triple-bit distortion component is within the desired signal band. This triple-bit distortion component is problematic because it damages the input signal and cannot be filtered.

상술된 IMD3 및 트리플-비트 왜곡들은 모두 3차 왜곡들이며, 3차 트랜스컨덕턴스 계수 g3 에 의해 제어된다. 따라서, 3차 왜곡들을 제거하고 선형도를 개선시키기 위해, g3 의 값을 거의 제로로 감소시킬 수 있는 것이 특히 중요하다. 수학식 (1) 로부터, 트랜스컨덕턴스 계수들 g1, g2 및 g3 는 다음과 같은 수학식 (3) 에 따라 결정될 수 있다.The above-described IMD3 and triple-bit distortions are all third-order distortions and are controlled by the third-order transconductance coefficient g 3 . Therefore, it is particularly important to be able to reduce the value of g 3 to almost zero, in order to remove third order distortions and improve linearity. From equation (1), the transconductance coefficients g 1 , g 2 and g 3 can be determined according to equation (3) as follows.

Figure 112010050160513-pct00003
Figure 112010050160513-pct00003

도 8은, 도 5의 메인 FET (302) 의 DC 바이어스 전압 VG_MAIN 에 관련된 트랜스컨덕턴스 계수들 g1, g2 및 g3 를 나타낸 그래프이다. 도 8의 예에서, 메인 FET (302) 의 바이어스가 약한 인버전으로부터 강한 인버전으로 변경될 경우, 3차 트랜스컨덕턴스 g3 는 포지티브로부터 네거티브로 변한다. 바이어스 전압 VG_MAIN 이 특정한 포인트 (예를 들어, VG_MAIN=0.64 볼트) 에 도달할 경우, 3차 트랜스컨덕턴스 g3 는 제로가 된다. 따라서, g3 가 이러한 특정 바이어스 포인트에서 제로가 됨에 따라 IIP3 는 무한대에 근접한다. 그러나, 이러한 현저한 IIP3 개선은 매우 작은 범위의 VG_MAIN 에서만 발생한다. 이러한 특정 바이어스 포인트는 달성하기 어려우며, 프로세스, 온도 및 공급 전압 변동으로 인해 변해야만 한다.FIG. 8 is a graph showing transconductance coefficients g 1 , g 2 and g 3 related to the DC bias voltage V G_MAIN of the main FET 302 of FIG. 5. In the example of FIG. 8, the tertiary transconductance g 3 changes from positive to negative when the bias of main FET 302 is changed from weak inversion to strong inversion. When the bias voltage V G_MAIN reaches a certain point (eg, V G_MAIN = 0.64 volts), the tertiary transconductance g 3 becomes zero. Thus, as g 3 becomes zero at this particular bias point, IIP 3 approaches infinity. However, this significant IIP 3 improvement occurs only in a very small range of V G_MAIN . This particular bias point is difficult to achieve and must change due to process, temperature and supply voltage variations.

도 9는, 3차 비선형 트랜스컨덕턴스 계수들이 미분 중첩 (DS) 기술에서 서로 소거되는 방법을 나타낸 그래프이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 2개의 트랜지스터들, 메인 FET (302) 및 소거 FET (304) 가 병렬로 접속된다. 바이어스 포인트들이 g3 의 포지티브 및 네거티브 피크들에 존재할 경우 2개의 트랜지스터들의 출력 전류가 부가되면, 그리고, g3 의 포지티브 및 네거티브 피크들이 크기에서 동일하도록 2개의 트랜지스터들이 스케일링되면, 합성 출력 전류 IOUT 은 광범위한 범위의 바이어스 값들에 걸쳐 제로인 g3 를 가질 것이다. 도 9의 예에서, g3A 및 g3B 는 상이한 영역들에 바이어싱된 2개의 트랜지스터들의 트랜스컨덕턴스 계수들을 나타낸다. 결과적인 합성 g3 (g3=g3A+g3B) 가 약 제로가 되며, IIP3 의 이론적인 진폭은 광범위한 범위의 게이트 바이어스들에 걸쳐 현저히 개선된다. 그러나, IIP3 에서의 개선은, 회로 리액턴스의 효과가 무시가능한 매우 낮은 주파수들에 대해서만 발생한다. 높은 주파수들에서, 소스 디제너레이션 인덕터 (306) 는 드레인-소스 전류 IMAIN 에 대해 강한 피드백 경로를 생성한다. 그 결과, (g2 에 의해 제어되는) 2차 비선형이 IMD3 에 또한 기여한다. 따라서, 종래의 DS 방법은 높은 주파수에서는 IIP3 개선을 제공하지 않는다.FIG. 9 is a graph showing how tertiary nonlinear transconductance coefficients are erased from each other in a differential superposition (DS) technique. As shown in FIG. 5, two transistors, the main FET 302 and the erase FET 304 are connected in parallel. When the bias point to g when the case is present in the three positive and negative peaks of the two output currents of the two transistors is added, and, g 3 positive and negative peaks are the two transistors are scaled to be equal in size, the composite output current I OUT Will have g 3 being zero over a wide range of bias values. In the example of FIG. 9, g 3A and g 3B represent transconductance coefficients of two transistors biased in different regions. The resulting synthesis g 3 (g 3 = g 3A + g 3B ) becomes about zero, and the theoretical amplitude of IIP 3 is significantly improved over a wide range of gate biases. However, the improvement in IIP 3 only occurs for very low frequencies where the effect of circuit reactance is negligible. At high frequencies, source degeneration inductor 306 creates a strong feedback path for drain-source current I MAIN . As a result, the secondary nonlinearity (controlled by g 2 ) also contributes to IMD3. Thus, conventional DS methods do not provide an IIP 3 improvement at high frequencies.

변형된 미분 중첩 (MDS) 기술은 2차 비선형 기여도의 문제를 해결한다. 도 1 (종래기술) 에 도시된 바와 같이, IMD3 에 대한 3차 비선형 기여도 (g3) 의 크기 및 위상은, 소스 디제너레이션에 대해 탭핑된 인덕턴스 (102) 를 사용함으로써 IMD3 에 대한 2차 비선형 기여도 (g2) 를 소거시키도록 튜닝된다. 탭 포인트, FET 게이트 폭, 및 바이어스들의 적절한 선택으로, 전체 IMD3 는 광범위한 범위의 바이어스들에 걸쳐 거의 제로인 값을 가질 수 있다. 그러나, 도 1의 예에서, FET (104A) 및 FET (104B) 의 드레인-소스 전류들은 탭핑된 인덕턴스 (102) 를 통해 커플링된다. 차례로, 탭 포인트에서의 변화는 FET (104A) 및 FET (104B) 양자의 드레인-소스 전류들에 영향을 줄 것이다. 따라서, 최적화된 결과를 달성하기 위해 탭 포인트, FET 게이트 폭, 및 바이어스들을 정확히 튜닝하도록 많은 설계 반복들이 요구된다. 2개의 FET 드레인-소스 전류들의 커플링으로 인해, 전체 IMD3 를 거의 제로로 만드는 것이 종종 어렵고 곤란하다.Modified differential superposition (MDS) technology solves the problem of secondary nonlinear contributions. As shown in FIG. 1 (prior art), the magnitude and phase of the third order nonlinear contribution g 3 for IMD3 is determined by using the inductance 102 tapped for source degeneration. (g 2 ) is tuned to erase. With proper selection of tap point, FET gate width, and biases, the overall IMD3 can have a value that is nearly zero over a wide range of biases. However, in the example of FIG. 1, the drain-source currents of FET 104A and FET 104B are coupled via tapped inductance 102. In turn, the change in tap point will affect the drain-source currents of both FET 104A and FET 104B. Thus, many design iterations are required to accurately tune tap points, FET gate widths, and biases to achieve optimized results. Due to the coupling of the two FET drain-source currents, it is often difficult and difficult to bring the entire IMD3 to near zero.

도 5의 신규한 LNA (222) 는, 2개의 별개의 소스 디제너레이션 인덕터들 (306 및 308) 을 이용함으로써 이들 난제들을 극복한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 출력 전류 IOUT 는 2개의 전류 경로들, 즉, 메인 전류 경로 (320) 및 소거 전류 경로 (322) 를 포함한다. 메인 전류 경로 (320) 에서, 메인 전류 IMAIN 는 메인 FET (302) 및 소스 디제너레이션 인덕터 (306) 를 통해 흐른다. 소거 전류 경로 (322) 에서, 소거 전류 ICANCEL 는 소거 FET (304) 및 소스 디제너레이션 인덕터 (308) 를 통해 흐른다. 메인 경로 (320) 내의 소스 디제너레이션 인덕터 (306) 및 소거 경로 (322) 내의 소스 디제너레이션 인덕터 (308) 를 사용함으로써, 메인 전류 IMAIN 및 소거 전류 ICANCEL 는 도 1의 종래 회로와는 달리 더 이상 함께 커플링되지 않는다. 신규한 설계 프로세스에서, 제 1 단계는 LNA (222) 의 기본 성능을 보장하기 위해 메인 경로 (320) 를 설계하는 것이다. 예를 들어, 메인 FET (302) 의 게이트 폭 및 바이어스 포인트, 및 소스 디제너레이션 인덕터 (306) 의 인덕턴스는, 저잡음 지수, 높은 이득, 낮은 전력 소비, 및 비교적 높은 선형도를 달성하기 위해 신중히 선택된다. 제 2 단계에서, 소거 경로가 실현되며, 선형도를 개선시키도록 튜닝된다. 상술된 바와 같이, 메인 FET (302) 는 그의 포화 영역에 바이어싱되고, IMD3 에 대한 네거티브 3차 기여도를 갖는다. 한편, 소거 FET (304) 는 그의 서브-임계 영역에 바이어싱되고, IMD3 에 대한 포지티브 3차 기여도를 갖는다. 더 상세하게, MDS 방법은 IMD3 에 대한 2차 비선형 기여도를 또한 고려한다. 소거 FET (304) 의 게이트 폭 및 바이어스 포인트 및 소스 디제너레이션 인덕터 (308) 의 인덕턴스를 적절히 선택함으로써, 전류 ICANCEL 의 IMD3 가 전류 IMAIN 의 IMD3 를 소거시키도록 튜닝된다. 메인 경로 (320) 및 소거 경로 (322) 가 2개의 별개의 인덕터들 (306 및 308) 의 사용을 통해 디커플링되기 때문에, 소거 경로 (322) 에 대해 행해진 변경들은 메인 경로 (320) 의 동작에 큰 영향을 주지 않는다. 따라서, 도 5의 신규한 LNA (222) 는, 탭핑된 인덕터를 이용하는 도 1의 종래의 LNA와 비교하여 더 적은 반복으로 최적화될 수 있다.The novel LNA 222 of FIG. 5 overcomes these challenges by using two separate source degeneration inductors 306 and 308. As shown in FIG. 5, the output current I OUT includes two current paths, a main current path 320 and an erase current path 322. In main current path 320, main current I MAIN flows through main FET 302 and source degeneration inductor 306. In the erase current path 322, the erase current I CANCEL flows through the erase FET 304 and the source degeneration inductor 308. By using the source degeneration inductor 306 in the main path 320 and the source degeneration inductor 308 in the erase path 322, the main current I MAIN and the erase current I CANCEL are more different than in the conventional circuit of FIG. 1. No longer coupled together. In the novel design process, the first step is to design the main path 320 to ensure the basic performance of the LNA 222. For example, the gate width and bias point of the main FET 302, and the inductance of the source degeneration inductor 306 are carefully selected to achieve low noise figure, high gain, low power consumption, and relatively high linearity. . In a second step, an erase path is realized and tuned to improve linearity. As described above, the main FET 302 is biased in its saturation region and has a negative third order contribution to IMD3. On the other hand, the erase FET 304 is biased in its sub-critical region and has a positive third order contribution to IMD3. More specifically, the MDS method also takes into account secondary nonlinear contributions to IMD3. By appropriately selecting the gate width and bias point of the erase FET 304 and the inductance of the source degeneration inductor 308, IMD3 of the current I CANCEL is tuned to erase IMD3 of the current I MAIN . Since the main path 320 and the erase path 322 are decoupled through the use of two separate inductors 306 and 308, the changes made to the erase path 322 are large for the operation of the main path 320. Does not affect Thus, the novel LNA 222 of FIG. 5 can be optimized with fewer iterations compared to the conventional LNA of FIG. 1 using a tapped inductor.

도 10은, 도 5의 2개의 소스 디제너레이션 인덕터들 (306 및 308) 을 나타내는 간략화된 레이아웃 다이어그램이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 소스 디제너레이션 인덕터 (306) 는, 일 리드가 접지 노드 (332) 에 접속되고 또 다른 리드가 메인 FET (302) 의 소스 S1 에 접속된 집적 나선 인덕터이다. 또한, 소스 디제너레이션 인덕터 (308) 는, 일 리드가 접지 노드 (332) 에 접속되고 또 다른 리드가 소거 FET (304) 의 소스 S2 에 접속된 집적 나선 인덕터이다. 일 예에서, LDEG1 은 1.8 나노헨리의 인덕턴스를 갖고, LDEG2 는 1.6 나노헨리의 인덕턴스를 가지며, 접지 노드 (332) 는 RF 트랜시버 집적 회로 (204) 의 표면 탑재 마이크로범프 (microbump) 이다. RF 트랜시버 집적 회로 (204) 는 플립-플롭 패키징된 집적 회로이다.FIG. 10 is a simplified layout diagram illustrating the two source degeneration inductors 306 and 308 of FIG. 5. As shown in FIG. 10, the source degeneration inductor 306 is an integrated spiral inductor with one lead connected to the ground node 332 and another lead connected to the source S1 of the main FET 302. The source degeneration inductor 308 is also an integrated spiral inductor with one lead connected to the ground node 332 and another lead connected to the source S2 of the erase FET 304. In one example, L DEG1 has an inductance of 1.8 nanohenry , L DEG2 has an inductance of 1.6 nanohenry , and ground node 332 is a surface mount microbump of RF transceiver integrated circuit 204. The RF transceiver integrated circuit 204 is a flip-flop packaged integrated circuit.

도 5의 LNA (222) 가 MDS 기술을 이용함으로써 높은 선형도를 달성하지만, 특히, 강한 수신-잼머 신호들 및/또는 송신-누설 신호들이 존재할 시에 훨씬 더 높은 선형도 요건이 CDMA 트랜시버내의 LNA에 종종 부과된다. 일반적으로, 증가된 네거티브 피드백이 제공될 수 있도록 LNA DC 바이어스 전류를 증가시킴으로써 더 높은 선형도가 달성된다. 그러나, 일반적으로, DC 바이어스 전류의 증가는 더 많은 DC 전력 소비 및 헤드룸 문제들을 초래한다. 또한, 일반적으로, 더 높은 선형도는 LNA의 열화된 잡음 지수를 또한 초래한다. 실제로, 소정의 시간에 강한 수신-잼머들 또는 송신 누설들이 존재할 확률은 1 퍼센트 미만이다. 강한 수신-잼머들 또는 송신 누설들이 존재하지 않을 경우, LNA에 대한 선형도 요건은 실질적으로 완화된다. 완화된 선형도 요건으로 인해, LNA는 더 적은 DC 전력을 소비하고 개선된 NF를 가질 수 있다.Although the LNA 222 of FIG. 5 achieves high linearity by using the MDS technique, the much higher linearity requirement, especially in the presence of strong receive-jammer signals and / or transmit-leak signals, results in LNA in the CDMA transceiver. Is often imposed on. In general, higher linearity is achieved by increasing the LNA DC bias current so that increased negative feedback can be provided. In general, however, an increase in DC bias current results in more DC power consumption and headroom problems. Also, in general, higher linearity also results in degraded noise figure of the LNA. In practice, the probability of having strong receive-jammers or transmit leaks at any given time is less than 1 percent. If there are no strong receive-jammers or transmit leaks, the linearity requirement for the LNA is substantially relaxed. Due to the relaxed linearity requirements, LNAs can consume less DC power and have improved NF.

도 11은, 신규한 일 양태에 따른 2개의 선형 동작 모드들을 갖는 저잡음 증폭기 (LNA) (400) 의 회로도이다. LNA (400) 는, 메인 전계 효과 트랜지스터 (FET) (402), 소거 FET (404), 디부스트 트랜지스터 (406), 제 1 캐스코드 트랜지스터 (408), 제 2 캐스코드 트랜지스터 (410), 제 1 소스 디제너레이션 인덕터 (412), 제 2 소스 디제너레이션 인덕터 (414), 로드 (416), 멀티플렉서 (422), 및 바이어스 회로 (424) 를 포함한다. 로드 (416) 는 인덕터 (418) 및 커패시터 (420) 를 포함하는 LC 탱크 회로이다. 메인 FET (402) 는, AC 커플링 커패시터 C1 을 통해 입력 노드 RFIN (426) 으로부터 RF 신호를 수신한다. 소거 FET (404) 는, 부가적인 AC 커플링 커패시터 C2 를 통해 입력 노드 RFIN (426) 으로부터 RF 신호를 수신한다. 메인 FET (302) 의 소스 S1 은 소스 디제너레이션 인덕터 (412) 를 통해 접지 노드 GND (428) 에 커플링된다. 소거 FET (404) 의 소스 S2 는 소스 디제너레이션 인덕터 (414) 를 통해 접지 노드 GND (428) 에 커플링된다. 메인 FET (402) 의 드레인 D1 은 소거 FET (404) 의 드레인 D2 에 접속된다. 드레인 D1 및 드레인 D2 는 캐스코드 트랜지스터 (408) 의 소스 S3 에 접속된다. 캐스코드 트랜지스터 (408) 의 드레인 D3 는 로드 (416) 를 통해 전압 공급 노드 VDD (436) 에 커플링된다. 또한, 드레인 D3 는 출력 전압 노드 VOUT (438) 에 커플링된다. 디부스트 트랜지스터 (406) 의 게이트는 메인 FET (402) 의 게이트에 커플링된다. 디부스트 트랜지스터 (406) 의 소스 S4 는 메인 FET (402) 의 소스 S1 에 접속된다. 디부스트 트랜지스터 (406) 의 드레인 D4 는 캐스코드 트랜지스터 (410) 의 소스 S5 에 접속된다. 캐스코드 트랜지스터 (410) 의 드레인 D5 는 전압 공급 노드 VDD (436) 에 접속된다. 메인 FET (402) 가 그의 (또한, 강한 인버전으로 알려진) 포화 동작 영역에 바이어싱되도록 메인 FET (402) 는 바이어스 전압 VG_MAIN 에서 바이어싱된다. 소거 FET (404) 가 그의 (또한, 약간 인버전으로 알려진) 서브-임계 동작 영역에 바이어싱되도록 소거 FET (404) 는 바이어스 전압 VG_CANCEL 에서 바이어싱된다. 캐스코드 트랜지스터 (410) 는 바이어스 전압 VB_DEBOOST 에서 바이어싱된다. 캐스코드 트랜지스터 (410) 의 게이트는 멀티플렉서 (422) 의 출력 리드에 커플링된다.11 is a circuit diagram of a low noise amplifier (LNA) 400 having two linear modes of operation in accordance with a novel aspect. The LNA 400 includes a main field effect transistor (FET) 402, an erase FET 404, a boost transistor 406, a first cascode transistor 408, a second cascode transistor 410, and a first A source degeneration inductor 412, a second source degeneration inductor 414, a load 416, a multiplexer 422, and a bias circuit 424. The load 416 is an LC tank circuit that includes an inductor 418 and a capacitor 420. Main FET 402 receives an RF signal from input node RFIN 426 via AC coupling capacitor C1. The erase FET 404 receives the RF signal from the input node RFIN 426 via an additional AC coupling capacitor C2. Source S1 of main FET 302 is coupled to ground node GND 428 through source degeneration inductor 412. Source S2 of erase FET 404 is coupled to ground node GND 428 through source degeneration inductor 414. The drain D1 of the main FET 402 is connected to the drain D2 of the erase FET 404. Drain D1 and drain D2 are connected to source S3 of cascode transistor 408. Drain D3 of cascode transistor 408 is coupled to voltage supply node VDD 436 via load 416. Drain D3 is also coupled to output voltage node V OUT 438. The gate of the boost transistor 406 is coupled to the gate of the main FET 402. The source S4 of the boost transistor 406 is connected to the source S1 of the main FET 402. The drain D4 of the defrost transistor 406 is connected to the source S5 of the cascode transistor 410. Drain D5 of cascode transistor 410 is connected to voltage supply node VDD 436. Main FET 402 is biased at bias voltage V G_MAIN such that main FET 402 is biased to its saturation operating region (also known as strong inversion ). The erase FET 404 is biased at bias voltage V G_CANCEL such that the erase FET 404 is biased to its (also known slightly inversion ) sub-threshold operating region. The cascode transistor 410 is biased at bias voltage V B_DEBOOST . The gate of the cascode transistor 410 is coupled to the output lead of the multiplexer 422.

LNA (400) 내에 3개의 전류 경로들이 존재한다. 제 1 전류 경로는, 전류 IMAIN 가 캐스코드 트랜지스터 (408), 메인 FET (402), 및 소스 디제너레이션 인덕터 (412) 를 통해 로드 (416) 로부터 접지 노드 GND (428) 로 흐르는 메인 전류 경로 (430) 이다. 제 2 전류 경로는, 전류 ICANCEL 가 캐스코드 트랜지스터 (408), 소거 FET (404), 및 소스 디제너레이션 인덕터 (414) 를 통해 로드 (416) 로부터 접지 노드 GND (428) 로 흐르는 소거 전류 경로 (432) 이다. 제 3 전류 경로는, 전류 IDEBOOST 가 캐스코드 트랜지스터 (410), 디부스트 트랜지스터 (406), 및 소스 디제너레이션 인덕터 (412) 를 통해 공급 노드 VDD (436) 로부터 접지 노드 GND (428) 로 흐르는 디부스트 전류 경로 (434) 이다. 디부스트 전류 IDEBOOST 는 로드 (416) 를 통해 흐르지 않는다.There are three current paths within the LNA 400. The first current path is the main current path (where the current I MAIN flows from the load 416 to the ground node GND 428 through the cascode transistor 408, the main FET 402, and the source degeneration inductor 412). 430). The second current path is the erase current path through which the current I CANCEL flows from the load 416 to the ground node GND 428 via the cascode transistor 408, the erase FET 404, and the source degeneration inductor 414. 432). The third current path is a current in which current I DEBOOST flows from supply node VDD 436 to ground node GND 428 via cascode transistor 410, deboost transistor 406, and source degeneration inductor 412. Boost current path 434. Deboost current I DEBOOST does not flow through rod 416.

LNA (400) 는 2개의 선형 모드들, 즉, 고선형 모드 및 저선형 모드를 갖는다. 동작 모드는, 잼머 또는 누설 신호들의 존재에 기초하여 프로그래밍가능하다. 잼머 또는 누설이 존재하지 않을 경우, LNA (400) 는 저선형 모드에서 동작한다. 제 1 모드값은, 멀티플렉서 (422) 의 입력 리드 0 이 선택되도록 멀티플렉서 (422) 의 선택 입력 리드를 통해 공급된다. 그 결과, VB_DEBOOST 가 접지되며, 전체 디부스트 전류 경로 (434) 는 디스에이블된다. 디부스트 전류 IDEBOOST 가 없다면, LNA (400) 는 도 5의 LNA (222) 와 동일한 방식으로 동작한다. 상술된 바와 같이, LNA (400) 는 MDS 기술을 이용하고, 비교적 높은 선형도 요건을 충족시킨다. 잼머 또는 누설이 존재하지 않을 경우, NF 성능을 개선시키기 위해 선형도 요건을 추가적으로 감소시키는 것이 종종 바람직하다. 일 실시형태에서, 소거 FET (404) 의 게이트는 바이어스 회로 (424) 에 또한 접속된다. 잼머 또는 누설이 존재하지 않을 경우, 소거 FET (404) 가 제로인 바이어스 전류를 공급받도록 제 1 모드값이 또한 바이어스 회로 (424) 에 공급된다. 그 결과, 바이어스 전압 VG_CANCEL 이 제로로 떨어지고, 전체 소거 전류 경로 (432) 가 디스에이블된다. 이러한 특정 실시형태에서, LNA (400) 는, 매우 양호한 NF를 갖지만 비교적 낮은 선형도를 갖는 소스-디제너레이션 저잡음 증폭기이다.LNA 400 has two linear modes, namely high linear mode and low linear mode. The mode of operation is programmable based on the presence of jammer or leakage signals. If no jammer or leakage is present, LNA 400 operates in a low linear mode. The first mode value is supplied through the select input lead of the multiplexer 422 such that the input lead 0 of the multiplexer 422 is selected. As a result, V B_DEBOOST is grounded, and the entire boost current path 434 is disabled. Without de-boost current I DEBOOST , LNA 400 operates in the same manner as LNA 222 of FIG. 5. As mentioned above, LNA 400 utilizes MDS technology and meets relatively high linearity requirements. In the absence of jammers or leaks, it is often desirable to further reduce linearity requirements to improve NF performance. In one embodiment, the gate of the erase FET 404 is also connected to the bias circuit 424. If no jammer or leakage is present, the first mode value is also supplied to the bias circuit 424 such that the erase FET 404 is supplied with zero bias current. As a result, the bias voltage V G_CANCEL drops to zero and the entire erase current path 432 is disabled. In this particular embodiment, LNA 400 is a source-degeneration low noise amplifier with very good NF but with a relatively low linearity.

한편, 입력 노드 RFIN (426) 에 잼머 또는 누설 신호가 존재할 경우, LNA (400) 는 고선형 모드에서 동작한다. LNA (400) 의 선형도를 증가시키기 위해, 소스 디제너레이션 인덕터 (412) 를 통해 흐르는 전류는, 더 많은 네거티브 피드백이 제공되도록 증가된다. 이러한 증가된 네거티브 피드백은, 메인 FET (402) 의 DC 바이어스 전류를 증가시킴으로써 달성된다. 그러나, 메인 FET (402) 의 DC 바이어스 전류의 증가는 DC 전류 소비를 또한 증가시킨다. 또한, DC 바이어스 전류는 제한없이 증가될 수 없다. 로드 (416) 에 걸친 DC 바이어스 전류에서의 매우 큰 증가는 출력 노드 (438) 상의 출력 전압 VOUT 이, 메인 FET (402) 를 포화 상태로 유지하기 위한 적절한 전압이 존재하지 않도록 매우 크게 감소하게 한다. 이러한 전압 헤드룸 문제는, 메인 FET (402) 상의 DC 바이어스 전압 VG_MAIN 이 공급 전압을 초과할 수 없기 때문에, 저전압 공급 애플리케이션에서 더 두르러지게 된다. 예를 들어, LNA (400) 의 공급 전압은 통상적으로 1.3 볼트이다. 더 많은 전류가 로드 (416) 를 통해 흐름에 따라, 더 많은 전압이 로드 (416) 에 걸쳐 떨어진다. 로드 (416) 에 걸친 증가된 전압 떨어짐은 출력 노드 (438) 상의 DC 출력 전압을 낮춘다. 그 결과, 메인 FET (402) 가 그의 포화 영역에 바이어싱되는 것을 보장하기 위해 DC 바이어스 전압 VG_MAIN 이 VOUT 를 초과할 수 없기 때문에, 더 낮은 DC 출력 전압은 메인 FET (402) 의 전압 헤드룸을 감소시킨다.On the other hand, when a jammer or leakage signal is present at the input node RFIN 426, the LNA 400 operates in a high linear mode. In order to increase the linearity of the LNA 400, the current flowing through the source degeneration inductor 412 is increased to provide more negative feedback. This increased negative feedback is achieved by increasing the DC bias current of the main FET 402. However, increasing the DC bias current of the main FET 402 also increases the DC current consumption. In addition, the DC bias current cannot be increased without limitation. A very large increase in DC bias current across the load 416 causes the output voltage V OUT on the output node 438 to decrease very significantly so that there is no suitable voltage to keep the main FET 402 saturated. . This voltage headroom problem is compounded in low voltage supply applications because the DC bias voltage V G_MAIN on the main FET 402 cannot exceed the supply voltage. For example, the supply voltage of LNA 400 is typically 1.3 volts. As more current flows through the load 416, more voltage falls across the load 416. Increased voltage drop across the load 416 lowers the DC output voltage on the output node 438. As a result, the lower DC output voltage is the voltage headroom of the main FET 402 since the DC bias voltage V G_MAIN cannot exceed V OUT to ensure that the main FET 402 is biased in its saturation region. Decreases.

신규한 디부스트 트랜지스터 (406) 는 전압 헤드룸을 개선시키도록 동작하고, 따라서, LNA (400) 의 선형도를 증가시키는 것을 보조한다. 제 2 모드값이 어써트 (assert) 될 경우, LNA (400) 고선형 모드에서 동작한다. 멀티플렉서 (422) 의 입력 리드 1이 선택되도록, 제 2 모드값이 멀티플렉서 (422) 의 선택 입력 리드를 통해 공급된다. 따라서, 캐스코드 트랜지스터 (410) 가 DC 바이어스 전압에서 바이어싱되며, VB_DEBOOST=VB 이다. 디부스트 전류 경로 (434) 가 인에이블된다. 도 11에 도시된 바와 같이, 디부스트 전류 IDEBOOST 는 메인 전류 IMAIN 과 함께 소스 디제너레이션 인덕터 (412) 를 통해 흐르고, 따라서, 메인 FET (402) 상의 네거티브 피드백 팩터를 증가시킨다. 한편, 디부스트 전류 IDEBOOST 는 LNA 로드 (416) 를 통해 흐르지 않으며, 따라서, 출력 노드 (438) 상의 출력 전압 VOUT 를 낮추지 않는다. 따라서, LNA (400) 는, 전압 헤드룸 문제에 직면하지 않으면서 더 많은 네거티브 피드백을 가짐으로써 더 높은 선형도를 갖는다. LNA (400) 가 고선형 모드에서 동작할 경우, 소거 FET (404) 가 DC 바이어스 전류 IB 를 공급받도록 제 2 모드값이 바이어스 회로 (424) 에 또한 공급된다. DC 바이어스 전류 IB 는 소거 전류 경로 (432) 를 인에이블시킨다. 상술된 바와 같이, 소거 전류 ICANCEL 의 3차 왜곡 컴포넌트는 메인 전류 IMAIN 의 3차 왜곡 컴포넌트를 소거시키며, 출력 전류 IOUT 의 제로인 IMD3 를 초래한다. 일 예에서, 디부스트 전류 IDEBOOST 는, 캐스코드 트랜지스터 (410) 및 디부스트 트랜지스터 (406) 의 사이즈를 조정함으로써 설계 프로세스 동안 용이하게 변경될 수 있다. 따라서, 메인 전류 경로와 관련된 네거티브 피드백이 또한 조정가능하다. 네거티브 피드백 팩터의 조정가능성은, 최적의 전류 소거를 위한 여분의 튜닝 능력을 제공한다. 그 결과, LNA는 더 적은 설계 반복들로 최적화될 수 있다.The novel despistor transistor 406 operates to improve voltage headroom, thus helping to increase the linearity of the LNA 400. When the second mode value is asserted, it operates in the LNA 400 high linear mode. The second mode value is supplied through the select input lead of the multiplexer 422 so that the input lead 1 of the multiplexer 422 is selected. Thus, the cascode transistor 410 is biased at the DC bias voltage, where V B_DEBOOST = V B. Deboost current path 434 is enabled. As shown in FIG. 11, the boost current I DEBOOST flows through the source degeneration inductor 412 with the main current I MAIN , thus increasing the negative feedback factor on the main FET 402. On the other hand, the boost current I DEBOOST does not flow through the LNA load 416 and therefore does not lower the output voltage V OUT on the output node 438. Thus, LNA 400 has a higher linearity by having more negative feedback without facing voltage headroom problems. When the LNA 400 operates in the high linear mode, a second mode value is also supplied to the bias circuit 424 such that the erase FET 404 is supplied with the DC bias current I B. DC bias current I B enables the erase current path 432. As described above, the third order distortion component of the erase current I CANCEL cancels the third order distortion component of the main current I MAIN , resulting in IMD3 being zero of the output current I OUT . In one example, the boost current I DEBOOST can be easily changed during the design process by adjusting the size of the cascode transistor 410 and the boost transistor 406. Thus, the negative feedback associated with the main current path is also adjustable. The adjustability of the negative feedback factor provides extra tuning capability for optimal current cancellation. As a result, LNA can be optimized with fewer design iterations.

도 12는, LNA (400) 가 소거 FET (404) 의 바이어스 전류 IB 에 관해 고선형 모드에서 동작하고 있는 경우 LNA (400) 의 선형도 성능 IIP3 를 나타낸 그래프이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 바이어스 전류 IB 가 320 마이크로암페어로부터 증가함에 따라 LNA (400) 의 IIP3 가 점진적으로 증가한다. LNA (400) 의 IIP3 는, 바이어스 전류 IB 가 608 마이크로암페어에 존재할 경우 그의 최적 포인트에 도달하고, 바이어스 전류 IB 가 추가적으로 증가할 경우 점진적으로 감소한다. 메인 전류 경로 (430) 또는 디부스트 전류 경로 (434) 와 관련된 임의의 다른 파라미터들을 변경할 필요없이, 소거 FET (404) 의 바이어스 전류 IB 만을 조정함으로써 IIP3 가 최적화될 수 있다는 것이 관측될 수 있다. 도 12의 예에서, LNA (400) 의 최적의 IIP3 는 22.1178 dBm 이다.12 is a graph showing the linearity performance IIP 3 of the LNA 400 when the LNA 400 is operating in the high linear mode with respect to the bias current I B of the erase FET 404. As shown in FIG. 12, IIP 3 of LNA 400 gradually increases as the bias current I B increases from 320 microamperes. IIP 3 of LNA 400 reaches its optimal point when bias current I B is at 608 microamperes and gradually decreases when bias current I B further increases. It can be observed that IIP 3 can be optimized by adjusting only the bias current I B of the erase FET 404, without having to change any other parameters associated with the main current path 430 or the boost current path 434. . In the example of FIG. 12, the optimal IIP 3 of LNA 400 is 22.1178 dBm.

도 13은, 고선형 모드 및 저선형 모드 양자에서의 LNA (400) 특성을 나타내는 테이블이다. 고선형 모드에서, IIP3 는 8 dBm 이고, 잡음 지수는 5db 이며, 총 바이어스 전류는 20 밀리암페어이다. LNA (400) 의 총 바이어스 전류는, 메인 FET (402), 디부스트 트랜지스터 (406), 및 소거 FET (404) 의 바이어스 전류를 포함한다. 일 예에서, 메인 FET (402) 의 바이어스 전류는 약 9.65 밀리암페어이고, 디부스트 트랜지스터 (406) 의 바이어스 전류는 또한 9.65 밀리암페어이며, 소거 FET (404) 의 바이어스 전류는 0.7 밀리암페어이다. 저선형 모드에서, IIP3 는 제로 dBm 이고, 잡음 지수는 3 db 이며, 총 바이어스 전류는 10 밀리암페어이다. 따라서, 저선형 모드에서, LNA (400) 는, 고선형 모드에서의 LNA (400) 와 비교하여, 훨씬 더 양호한 잡음 지수 및 대략 절반인 바이어스 전류를 갖는다.FIG. 13 is a table showing LNA 400 characteristics in both the high linear mode and the low linear mode. In high linear mode, IIP 3 is 8 dBm, noise figure is 5db, and total bias current is 20 milliamps. The total bias current of the LNA 400 includes the bias currents of the main FET 402, the boost transistor 406, and the erase FET 404. In one example, the bias current of main FET 402 is about 9.65 milliamps, the bias current of de-transistor transistor 406 is also 9.65 milliamps, and the bias current of erase FET 404 is 0.7 milliamps. In low linear mode, IIP 3 is zero dBm, noise figure is 3 db and total bias current is 10 milliamps. Thus, in low linear mode, LNA 400 has a much better noise figure and a bias current that is approximately half as compared to LNA 400 in high linear mode.

일반적인 특정 실시형태들이 설명의 목적을 위해 상술되었지만, 본 특허 명세서의 교시는 일반적인 적용가능성을 가지며, 상술된 특정 실시형태들에 제한되지 않는다. 예를 들어, 도 11의 로드 (416) 는 탱크 회로보다는 P-채널 트랜지스터일 수 있다. P-채널 트랜지스터는, 그것이 높은 임피던스 및 작은 다이 영역을 갖는 브로드밴드 로드이기 때문에 종종 선호된다. 따라서, 설명된 특정 실시형태들의 다양한 특성들의 다양한 변형들, 수정들 및 조합들이 아래에 개시되는 청구항의 범위를 벗어나지 않고도 실행될 수 있다.Although specific general embodiments have been described above for purposes of explanation, the teachings of this patent specification have general applicability and are not limited to the specific embodiments described above. For example, the rod 416 of FIG. 11 may be a P-channel transistor rather than a tank circuit. P-channel transistors are often preferred because they are broadband loads with high impedance and small die area. Accordingly, various modifications, modifications and combinations of the various features of the specific embodiments described may be practiced without departing from the scope of the claims set out below.

Claims (21)

미분 중첩 (derivative superposition; DS) 저잡음 증폭기 (LNA) 로서,
포화 영역에 바이어싱된 제 1 전계 효과 트랜지스터 (FET) 로서, 상기 제 1 FET의 게이트는 입력 노드에 커플링되는, 상기 제 1 FET;
서브-임계 영역에 바이어싱된 제 2 FET로서, 상기 제 2 FET의 게이트는 상기 제 1 FET의 게이트에 커플링되고, 상기 제 2 FET의 드레인은 상기 제 1 FET의 드레인에 커플링되는, 상기 제 2 FET;
상기 제 1 FET의 소스를 접지 노드에 커플링시키는 제 1 소스 디제너레이션 (degeneration) 인덕턴스; 및
상기 제 2 FET의 소스를 상기 접지 노드에 커플링시키며, 적어도 1 나노헨리인 제 2 소스 디제너레이션 인덕턴스를 포함하는, DS 저잡음 증폭기.
As a differential superposition (DS) low noise amplifier (LNA),
A first field effect transistor (FET) biased in a saturation region, the gate of the first FET coupled to an input node;
A second FET biased in a sub-critical region, wherein the gate of the second FET is coupled to the gate of the first FET and the drain of the second FET is coupled to the drain of the first FET Second FET;
A first source degeneration inductance coupling the source of the first FET to a ground node; And
And a second source degeneration inductance coupling a source of the second FET to the ground node, the second source degeneration inductance being at least one nanohenry.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 소스 디제너레이션 인덕턴스는 제 1 나선형 인덕터이고, 상기 제 2 소스 디제너레이션 인덕턴스는 제 2 나선형 인덕터인, DS 저잡음 증폭기.
The method of claim 1,
And said first source degeneration inductance is a first spiral inductor and said second source degeneration inductance is a second spiral inductor.
제 1 항에 있어서,
상기 접지 노드는 표면-탑재 마이크로범프 (microbump) 를 포함하며,
상기 제 1 소스 디제너레이션 인덕턴스는 상기 제 2 소스 디제너레이션 인덕턴스와 별개인, DS 저잡음 증폭기.
The method of claim 1,
The ground node comprises a surface-mounted microbump,
And the first source degeneration inductance is separate from the second source degeneration inductance.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 FET의 게이트는 상기 제 1 FET의 게이트에 용량성 커플링되고, 상기 제 1 FET의 게이트는 상기 입력 노드에 용량성 커플링되는, DS 저잡음 증폭기.
The method of claim 1,
The gate of the second FET is capacitively coupled to the gate of the first FET, and the gate of the first FET is capacitively coupled to the input node.
제 1 항에 있어서,
로드; 및
소스 및 드레인을 갖는 캐스코드 트랜지스터를 더 포함하며,
상기 캐스코드 트랜지스터의 소스는 상기 제 1 FET의 드레인에 커플링되고
상기 캐스코드 트랜지스터의 드레인은 상기 로드에 커플링되는, DS 저잡음 증폭기.
The method of claim 1,
road; And
Further comprising a cascode transistor having a source and a drain,
The source of the cascode transistor is coupled to the drain of the first FET
And a drain of the cascode transistor is coupled to the load.
제 1 항에 있어서,
상기 입력 노드는 입력 신호를 수신하며,
상기 제 1 FET는 제 1 의 3차 왜곡 신호를 생성하고, 상기 제 2 FET는 제 2 의 3차 왜곡 신호를 생성하며, 상기 제 2 의 3차 왜곡 신호는 상기 제 1 의 3차 왜곡 신호를 소거시키는, DS 저잡음 증폭기.
The method of claim 1,
The input node receives an input signal,
The first FET generates a first third order distortion signal, the second FET generates a second third order distortion signal, and the second third order distortion signal outputs the first third order distortion signal. DS noise canceling amplifier.
로드;
제 1 소스 디제너레이션 인덕터;
포화 영역에 바이어싱된 메인 트랜지스터로서, 상기 메인 트랜지스터의 게이트는 입력 노드에 커플링되고, 상기 메인 트랜지스터의 소스는 상기 제 1 소스 디제너레이션 인덕터에 커플링되며, 상기 메인 트랜지스터는, 상기 로드를 통해, 상기 메인 트랜지스터를 통해, 그 후, 상기 제 1 소스 디제너레이션 인덕터를 통해 흐르는 메인 전류를 제어하는, 상기 메인 트랜지스터; 및
포화 영역에 커플링된 디부스트 (deboost) 트랜지스터로서, 상기 디부스트 트랜지스터의 게이트는 상기 메인 트랜지스터의 게이트에 커플링되며, 디부스트 전류는, 상기 로드를 통해 흐르지 않으면서, 상기 디부스트 트랜지스터를 통해, 그 후, 상기 제 1 소스 디제너레이션 인덕터를 통해 흐르는, 상기 디부스트 트랜지스터를 포함하는, 저잡음 증폭기.
road;
A first source degeneration inductor;
A main transistor biased in a saturation region, the gate of the main transistor being coupled to an input node, the source of the main transistor being coupled to the first source degeneration inductor, wherein the main transistor is connected via the load; The main transistor for controlling a main current flowing through the main transistor and then through the first source degeneration inductor; And
A deboost transistor coupled to a saturation region, the gate of the depot transistor being coupled to the gate of the main transistor, the depot current flowing through the depot transistor without flowing through the load And then the boost transistor flowing through the first source degeneration inductor.
제 7 항에 있어서,
디부스트 캐스코드 트랜지스터를 더 포함하며,
상기 디부스트 캐스코드 트랜지스터의 소스는 상기 디부스트 트랜지스터의 드레인에 커플링되고, 상기 디부스트 캐스코드 트랜지스터의 드레인은 공급 전압 노드에 커플링되는, 저잡음 증폭기.
The method of claim 7, wherein
Further comprising a boost cascode transistor,
A source of the deassert cascode transistor is coupled to a drain of the deassert transistor, and a drain of the deassert cascode transistor is coupled to a supply voltage node.
제 8 항에 있어서,
상기 디부스트 캐스코드 트랜지스터의 게이트는, 바이어스 전압 노드 또는 접지 노드 중 선택가능한 하나에 커플링되는, 저잡음 증폭기.
The method of claim 8,
And the gate of the boost cascode transistor is coupled to a selectable one of a bias voltage node or a ground node.
제 7 항에 있어서,
서브-임계 영역에 바이어싱된 소거 트랜지스터를 더 포함하며,
상기 소거 트랜지스터는 상기 메인 트랜지스터의 드레인에 커플링된 드레인을 갖는, 저잡음 증폭기.
The method of claim 7, wherein
Further comprising an erase transistor biased in the sub-critical region,
The erase transistor has a drain coupled to the drain of the main transistor.
제 10 항에 있어서,
제 1 리드 및 제 2 리드를 갖는 제 2 소스 디제너레이션 인덕터를 더 포함하며,
상기 제 1 리드는 상기 소거 트랜지스터의 소스에 커플링되고, 상기 제 2 리드는 접지 노드에 커플링되며, 상기 접지 노드는 상기 제 1 소스 디제너레이션 인덕터에 커플링되는, 저잡음 증폭기.
The method of claim 10,
Further comprising a second source degeneration inductor having a first lead and a second lead,
The first lead is coupled to a source of the erase transistor, the second lead is coupled to a ground node, and the ground node is coupled to the first source degeneration inductor.
제 7 항에 있어서,
상기 로드는 탱크 회로인, 저잡음 증폭기.
The method of claim 7, wherein
Wherein said rod is a tank circuit.
제 7 항에 있어서,
상기 로드는 P 채널 트랜지스터인, 저잡음 증폭기.
The method of claim 7, wherein
The load is a P-channel transistor.
제 10 항에 있어서,
상기 소거 트랜지스터에 바이어스 전류를 공급하는 바이어스 회로를 더 포함하며,
상기 바이어스 전류는, 모드 제어 신호의 값에 의존하여 제 1 전류값 또는 제 2 전류값 중 어느 하나를 갖도록 프로그래밍가능한, 저잡음 증폭기.
The method of claim 10,
A bias circuit for supplying a bias current to the erase transistor,
The bias current is programmable to have either a first current value or a second current value depending on a value of a mode control signal.
제 8 항에 있어서,
상기 디부스트 전류가 상기 디부스트 트랜지스터를 통해 흐르지 않도록 상기 디부스트 캐스코드 트랜지스터를 디스에이블시키는 수단을 더 포함하는, 저잡음 증폭기.
The method of claim 8,
And means for disabling the boost cascode transistor such that the boost current does not flow through the depot transistor.
(a) 로드를 통해, 그 후, 포화 영역에 바이어싱된 제 1 트랜지스터를 통해, 그 후, 제 1 소스 디제너레이션 인덕터를 통해 제 1 전류를 접지 노드에 도전시키는 단계; 및
(b) 상기 로드를 통해, 그 후, 서브-임계 영역에 바이어싱된 제 2 트랜지스터를 통해, 그 후, 제 2 소스 디제너레이션 인덕터를 통해 제 2 전류를 상기 접지 노드에 도전시키는 단계를 포함하며,
상기 로드, 상기 제 1 트랜지스터, 상기 제 2 트랜지스터, 상기 제 1 소스 디제너레이션 인덕터, 및 상기 제 2 소스 디제너레이션 인덕터는 저잡음 증폭기의 일부를 함께 형성하고, 상기 제 2 소스 디제너레이션 인덕터는 적어도 1 나노헨리를 갖는, 저잡음 증폭 방법.
(a) conducting a first current to the ground node via a load, then through a first transistor biased in the saturation region, and then through a first source degeneration inductor; And
(b) conducting a second current to the ground node through the load, then through a second transistor biased in a sub-critical region, and then through a second source degeneration inductor; ,
The load, the first transistor, the second transistor, the first source degeneration inductor, and the second source degeneration inductor together form part of a low noise amplifier, and the second source degeneration inductor comprises at least one nanometer. Henry's, low noise amplification method.
제 16 항에 있어서,
(c) 모드 신호를 수신하는 단계를 더 포함하며,
상기 모드 신호가 제 1 값을 가지면, 상기 제 2 전류가 흐르도록 상기 제 2 트랜지스터를 인에이블시키고, 상기 모드 신호가 제 2 값을 가지면, 상기 제 2 전류가 흐르지 않도록 상기 제 2 트랜지스터를 디스에이블시키는, 저잡음 증폭 방법.
17. The method of claim 16,
(c) receiving a mode signal,
When the mode signal has a first value, the second transistor is enabled so that the second current flows. When the mode signal has a second value, the second transistor is disabled so that the second current does not flow. Letting, low noise amplification method.
(a) 저잡음 증폭기 (LNA) 상에서 입력 신호를 수신하는 단계로서, 상기 LNA는, 로드, 포화 영역에 바이어싱된 메인 트랜지스터, 및 소스 디제너레이션 인덕턴스를 포함하고, 상기 메인 트랜지스터는, 상기 로드를 통해, 상기 메인 트랜지스터를 통해, 그 후, 상기 소스 디제너레이션 인덕턴스를 통해 흐르는 메인 전류를 제어하는, 상기 입력 신호를 수신하는 단계; 및
(b) 상기 로드를 흐르지 않으면서, 디부스트 트랜지스터를 통해, 그 후, 상기 소스 디제너레이션 인덕턴스를 통해 흐르는 디부스트 전류를 도전시킬 수 있는 상기 디부스트 트랜지스터를 제공하는 단계를 포함하는, 저잡음 증폭 방법.
(a) receiving an input signal on a low noise amplifier (LNA), wherein the LNA comprises a load, a main transistor biased in the saturation region, and a source degeneration inductance, the main transistor through the load; Receiving the input signal through the main transistor and then controlling the main current flowing through the source degeneration inductance; And
(b) providing a de-boost transistor capable of conducting de-boost current flowing through the de-transistor transistor and then through the source degeneration inductance without flowing the load. .
제 18 항에 있어서,
(c) 모드 신호를 수신하는 단계를 더 포함하며,
상기 모드 신호가 제 1 값을 가지면, 상기 디부스트 전류가 흐르도록 상기 디부스트 트랜지스터를 인에이블시키고, 상기 모드 신호가 제 2 값을 가지면, 상기 디부스트 전류가 흐르지 않도록 상기 디부스트 트랜지스터를 디스에이블시키는, 저잡음 증폭 방법.
The method of claim 18,
(c) receiving a mode signal,
If the mode signal has a first value, the de-transistor transistor is enabled so that the de-spout current flows. If the mode signal has a second value, the de-transistor transistor is disabled so that the de-prompt current does not flow. Letting, low noise amplification method.
소스 디제너레이션된 저잡음 증폭기 (LNA) 로서, 상기 LNA는, 로드, 포화 영역에 바이어싱된 메인 트랜지스터, 및 소스 디제너레이션 인덕턴스를 포함하고, 상기 메인 트랜지스터는 상기 로드를 통해, 그 후, 상기 메인 트랜지스터를 통해, 그 후, 상기 소스 디제너레이션 인덕턴스를 통해 흐르는 제 1 전류를 제어하는, 상기 소스 디제너레이션된 저잡음 증폭기; 및
상기 로드를 통해 흐르는 상기 제 1 전류를 증가시키지 않으면서, 상기 소스 디제너레이션 인덕턴스를 통한 전류 흐름을 선택적으로 증가시키는 수단을 포함하는, 저잡음 증폭 장치.
A source degenerated low noise amplifier (LNA), wherein the LNA includes a load, a main transistor biased in the saturation region, and a source degeneration inductance, wherein the main transistor passes through the load and then the main transistor. And through the source degeneration inductance thereafter to control a first current flowing through the source degeneration inductance; And
Means for selectively increasing current flow through the source degeneration inductance without increasing the first current flowing through the rod.
제 20 항에 있어서,
상기 선택적으로 증가시키는 수단은 디부스트 전류를 제어하는 디부스트 트랜지스터를 포함하며,
상기 디부스트 전류는, 상기 로드를 통해 흐르지 않으면서, 상기 디부스트 트랜지스터를 통해, 그 후, 상기 소스 디제너레이션 인덕턴스를 통해 흐르는, 저잡음 증폭 장치.
The method of claim 20,
The means for selectively increasing includes a boost transistor for controlling the boost current,
And the de-boost current flows through the de-transistor transistor and then through the source degeneration inductance without flowing through the load.
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